Ключевой этап роста ретровирусов внутри клетки, описанный Джамилем Саадом, доктором философии, и его коллегами, изображен на обложке The Journal of Biological Chemistry. Это визуальный образ, с молекулярными подробностями, их журнальной статьи внутри, в которой рассматривается вирус птичьей саркомы, или ASV.
Исследователи из Университета Алабамы в Бирмингеме использовали ядерный магнитный резонанс, или ЯМР, чтобы выяснить, как матричный домен белка Gag ASV связывается с определенными фосфолипидами. Эти фосфолипиды необходимы для связывания Gag-белка с плазматической мембраной клетки, поскольку вирус реплицируется и делает свой первый шаг к формированию и почкованию вируса.
ASV, ретровирус, вызывающий рак у цыплят, является первым онковирусом, описанным более века назад. Он принадлежит к семейству ретровирусов и тесно связан с ВИЧ, вирусом, вызывающим СПИД. ASV широко используется в качестве модели для изучения механизмов заражения и репликации ВИЧ. Изучая сходства и различия в репликации двух вирусов, исследователи получают базовые знания, которые могут помочь в усилиях, направленных на прекращение репликации и распространения ВИЧ. Несмотря на большое сходство белков Gag, которые инициируют сборку вируса, ретровирусы имеют разные механизмы сборки, которые до конца не изучены.
Работа под руководством Саада, адъюнкт-профессора микробиологии в UAB, и сопутствующая статья, возглавляемая Кэрол Картер, доктором философии, профессором молекулярной генетики и микробиологии в Университете Стоуни-Брук, изучали, как белок Gag вируса ASV нацелен на плазматическую мембрану клетки-хозяина, чтобы инициировать сборку вируса. Их результаты объясняют связывание плазматической мембраны матриксным доменом Gag на всем пути от определения точной молекулярной формы белкового домена до изучения его жизненной активности в живых клетках для инициации почкования вируса.
В UAB Саад и его коллеги выяснили молекулярные детерминанты взаимодействия матрикса ASV с липидами и мембранами, а также представили модель того, как матрикс связывается с клеточной мембраной.
Важные выводы:
- Получение значительно улучшенной структурной модели матричного домена и идентификация сайта связывания с мембраной, который не был очевиден в ранее определенных структурах.
- Предоставление убедительных доказательств того, что кластер из четырех лизиновых аминокислот в матричном домене создает основную поверхность, которая действует как единый сайт связывания, непосредственно взаимодействующий с кислыми липидами мембран, называемыми фосфоинозитидами.
- Демонстрация того, что взаимодействие Gag-мембраны регулируется взаимодействием заряд-заряд.
Они также показывают, что, хотя матричный домен ВИЧ использует больше структурных инструментов для связывания с мембраной, и белки матрикса вируса ВИЧ, и белки матрикса ВИЧ имеют почти идентичные взаимодействующие мотивы, которые управляют сборкой.
В рамках экспериментов UAB исследователи обнаружили, что замена остатков лизина в месте связывания матрикса другой аминокислотой значительно снижает связывание с липидами и мембранами.
В сопутствующей статье Картер и его коллеги из Университета Стоуни-Брук использовали эти мутации в матричном домене белка Gag ASV, чтобы показать, что нарушение сайта связывания фосфоинозитида на матриксном домене ингибирует локализацию Gag на периферии клетки в две разные клеточные линии и резко сниженное производство вирусных частиц по сравнению с немутировавшим вирусом ASV.
«Эти исследования разрешили давнюю загадку того, как вирус, открытый столетие назад, использует плазматическую мембрану клетки-хозяина для репликации», - сказал Саад. «Что еще более примечательно, так это то, что ASV и ВИЧ-1 имеют очень похожие структурные особенности, которые управляют нацеливанием и сборкой мембран».